JP4613962B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
ところが、燃料添加弁の噴口がいわゆるデポジットにより目詰まりするという異常が生ずると、燃料添加弁の燃料添加率が低下し、燃料添加弁から実際に供給される燃料量が要求燃料添加量に対して不足するので、NOxを十分に放出及び還元するのが困難になる。
そこで、燃料添加弁に異常が生じたときに、分割添加期間を延長補正して燃料添加弁から実際に添加される燃料量が要求燃料添加量に維持されるようにした内燃機関が公知である(特開2002−242663号公報参照)。
しかしながら、分割添加期間を延長補正すると、最初の分割添加開始から最後の分割添加完了までの総添加期間が長くなりこのとき燃料添加弁から添加される燃料量は要求燃料添加量に維持されているので、燃料添加が行われたときの流入排気ガスの空燃比のリッチ度合いが小さくなり、NOxを十分に放出還元できないおそれがある。すなわち、分割噴射期間を延長補正したときには、NOxを確実に放出還元するために総添加期間を短縮補正する必要があるのである。
上述の特開2002−242663号公報には、分割噴射期間を延長補正したときに総添加期間が不必要に長くならないようにする旨記載されているが(特開2002−242663号公報の[0026]等参照)、総添加期間を短縮補正することも、どのように短縮補正するかも記載されていない。
本発明によれば、機関排気通路内に配置されたNOx吸収剤であって、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のNOxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているNOxを放出するNOx吸収剤と、該NOx吸収剤上流の機関排気通路内に配置された燃料添加弁と、NOx吸収剤からNOxを放出させるべきときに燃料添加弁からNOx吸収剤に燃料を要求燃料添加量だけ添加してNOx吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにする添加制御手段であって、該要求燃料添加量の燃料を複数回に分割して添加する分割添加を行う添加制御手段と、燃料添加弁の燃料添加率又は燃料添加率の正規値に対する変動量を検出する検出手段と、最初の分割添加開始から最後の分割添加完了までの総添加期間を短縮補正すると共に、燃料添加弁から実際に添加される燃料量が要求燃料添加量に維持されるように該検出された燃料添加率又は燃料添加率の変動量に応じて分割添加の制御パラメータを補正する補正手段と、を具備した内燃機関の排気浄化装置が提供される。
20…排気後処理装置
21,23…排気管
24…NOx吸蔵還元触媒
25…パティキュレートフィルタ
28…燃料添加弁
図1を参照すると、1は機関本体、2は各気筒の燃焼室、3は各燃焼室2内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、4は吸気マニホルド、5は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド4は吸気ダクト6を介して排気ターボチャージャ7のコンプレッサ7aの出口に連結され、コンプレッサ7aの入口はエアフローメータ8を介してエアクリーナ9に連結される。吸気ダクト6内には電気制御式スロットル弁10が配置され、更に吸気ダクト6周りには吸気ダクト6内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置11が配置される。図1に示される実施例では機関冷却水が冷却装置11内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。一方、排気マニホルド5は排気ターボチャージャ7の排気タービン7bの入口に連結され、排気タービン7bの出口は排気後処理装置20に連結される。
排気マニホルド5と吸気マニホルド4とは排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路12を介して互いに連結され、EGR通路12内には電気制御式EGR制御弁13が配置される。また、EGR通路12周りにはEGR通路12内を流れるEGRガスを冷却するための冷却装置14が配置される。図1に示される実施例では機関冷却水が冷却装置14内に導かれ、機関冷却水によってEGRガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁3は燃料供給管15を介してコモンレール16に連結される。このコモンレール16内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ17から燃料が供給され、コモンレール16内に供給された燃料は各燃料供給管15を介して燃料噴射弁3に供給される。
排気後処理装置20は排気タービン7bの出口に連結された排気管21と、排気管21に連結された触媒コンバータ22と、触媒コンバータ22に連結された排気管23とを具備する。触媒コンバータ22内には上流側から順にNOx吸蔵還元触媒24及びパティキュレートフィルタ25が配置される。また、排気管23には触媒コンバータ22から排出された排気ガスの温度を検出するための温度センサ26と、触媒コンバータ22から排出された排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ27とが配置される。触媒コンバータ22から排出された排気ガスの温度はNOx吸蔵還元触媒24及びパティキュレートフィルタ25の温度を表している。
一方、図1に示されるように排気マニホルド5には燃料添加弁28が取り付けられる。この燃料添加弁28にはコモンレール16から燃料が供給され、燃料添加弁28から排気マニホルド5内に燃料が添加される。本発明による実施例ではこの燃料は軽油からなる。なお、燃料添加弁28を排気管21に取り付けることもできる。
電子制御ユニット30はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス31によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ランダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセッサ)34、入力ポート35及び出力ポート36を具備する。エアフローメータ8、温度センサ26、及び空燃比センサ27の出力信号はそれぞれ対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。また、アクセルペダル39にはアクセルペダル39の踏み込み量Lに比例した出力電圧を発生する負荷センサ40が接続され、負荷センサ40の出力電圧は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。更に入力ポート35にはクランクシャフトが例えば15°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ41が接続される。CPU34ではクランク角センサ41からの出力パルスに基づいて機関回転数Nが算出される。一方、出力ポート36は対応する駆動回路38を介して燃料噴射弁3、スロットル弁10駆動装置、EGR制御弁13、燃料ポンプ17、及び燃料添加弁28に接続される。
図2はNOx吸蔵還元触媒24の構造を示している。図2に示される実施例ではNOx吸蔵還元触媒24はハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁60により互いに分離された複数個の排気ガス流通路61を具備する。各隔壁60の両側表面上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図3A及び3Bはこの触媒担体65の表面部分の断面を図解的に示している。図3A及び3Bに示されるように触媒担体65の表面上には貴金属触媒66が分散して担持されており、更に触媒担体65の表面上にはNOx吸収剤67の層が形成されている。
本発明による実施例では貴金属触媒66として白金Ptが用いられており、NOx吸収剤67を構成する成分としては例えばカリウムK、ナトリウムNa、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土類、ランタンLa、イットリウムYのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられている。
機関吸気通路、燃焼室2及びNOx吸蔵還元触媒24上流の排気通路内に供給された空気及び燃料(炭化水素)の比を排気ガスの空燃比と称すると、NOx吸収剤67は排気ガスの空燃比がリーンのときにはNOxを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したNOxを放出するNOxの吸放出作用を行う。
すなわち、NOx吸収剤67を構成する成分としてバリウムBaを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、すなわち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるNOは図3Aに示されるように白金Pt66上において酸化されてNO2となり、次いでNOx吸収剤67内に吸収されて炭酸バリウムBaCO3と結合しながら硝酸イオンNO3 −の形でNOx吸収剤67内に拡散する。このようにしてNOxがNOx吸収剤67内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Pt66の表面でNO2が生成され、NOx吸収剤67のNOx吸収能力が飽和しない限りNO2がNOx吸収剤67内に吸収されて硝酸イオンNO3 −が生成される。
これに対し、排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比にされると排気ガス中の酸化濃度が低下するために反応が逆方向(NO3 −→NO2)に進み、斯くして図3Bに示されるようにNOx吸収剤67内の硝酸イオンNO3 −がNO2の形でNOx吸収剤67から放出される。次いで放出されたNOxは排気ガス中に含まれる未燃HC,COによって還元される。
このように排気ガスの空燃比がリーンであるとき、すなわちリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のNOxがNOx吸収剤67内に吸収される。しかしながらリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われるとその間にNOx吸収剤67のNOx吸収能力が飽和してしまい、斯くしてNOx吸収剤67によりNOxを吸収できなくなってしまう。そこで本発明による実施例ではNOx吸収剤67の吸収能力が飽和する前に燃料添加弁28から燃料を添加することによって排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってNOx吸収剤67からNOxを放出させるようにしている。
一方、図4A及び4Bはパティキュレートフィルタ25の構造を示している。なお、図4Aはパティキュレートフィルタ25の正面図を示しており、図4Bはパティキュレートフィルタ25の側面断面図を示している。図4A及び4Bに示されるようにパティキュレートフィルタ25はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路70,71を具備する。これら排気流通路は下流端が栓72により閉塞された排気ガス流入通路70と、上流端が栓73により閉塞された排気ガス流出通路71とにより構成される。なお、図4Aにおいてハッチングを付した部分は栓73を示している。したがって排気ガス流入通路70及び排気ガス流出通路71は薄肉の隔壁74を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路70及び排気ガス流出通路71は各排気ガス流入通路70が4つの排気ガス流出通路71によって包囲され、各排気ガス流出通路71が4つの排気ガス流入通路70によって包囲されるように配置される。
パティキュレートフィルタ25は例えばコージライトのような多孔質材料から形成されており、したがって排気ガス流入通路70内に流入した排気ガスは図4Bにおいて矢印で示されるように周囲の隔壁74内を通って隣接する排気ガス流出通路71内に流出する。
本発明による実施例では各排気ガス流入通路70及び各排気ガス流出通路71の周壁面、すなわち各隔壁74の両側表面上及び隔壁74内の細孔内壁面上にも例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、この触媒担体65の表面上には図3A及び3Bに示されるように白金Ptからなる貴金属触媒66が分散して担持されており、NOx吸収剤67の層が形成されている。
したがってリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のNOxがパティキュレートフィルタ25上のNOx吸収剤67内にも吸収される。このNOx吸収剤67に吸収されたNOxも燃料添加弁28から燃料を添加することによって放出される。
一方、排気ガス中に含まれる粒子状物質はパティキュレートフィルタ25上に捕集され、順次酸化される。しかしながら捕集される粒子状物質の量が酸化される粒子状物質の量よりも多くなると粒子状物質がパティキュレートフィルタ25上に次第に堆積し、この場合粒子状物質の堆積量が増大すると機関出力の低下を招いてしまう。したがって粒子状物質の堆積量が増大したときには堆積した粒子状物質を除去しなければならない。この場合、空気過剰のもとでパティキュレートフィルタ25の温度を600℃程度まで上昇させると堆積した粒子状物質が酸化され、除去される。
そこで本発明による実施例ではパティキュレートフィルタ25上に堆積した粒子状物質の量が許容量を越えたときにはパティキュレートフィルタ25に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつ燃料添加弁28から燃料を添加してこの添加された燃料の酸化反応熱によりパティキュレートフィルタ25の温度を上昇させ、それによって堆積した粒子状物質を酸化除去するようにしている。
なお、図1においてNOx吸蔵還元触媒24を省くこともできる。また、図1においてパティキュレートフィルタ25として、NOx吸収剤67を担持していないパティキュレートフィルタを用いることもできる。
さて、本発明による実施例では図5にXで示されるようにNOx量積算値ΣNOxが許容値MAXを越える毎に燃料添加弁28から燃料が添加され、NOx吸蔵還元触媒24上及びパティキュレートフィルタ25上に担持されたNOx吸収剤67内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り換えられる。その結果、NOx吸収剤67からNOxが放出され還元される。
この場合、本発明による実施例ではNOx吸収剤67に単位時間当り吸収されるNOx量dNOxが要求トルクTQ及び機関回転数Nの関数として図6に示されるようなマップの形で予めROM32内に記憶されており、このNOx量dNOxを積算することによってNOx吸収剤67に吸収されているNOx量の積算値ΣNOxが算出される。
一方、NOx吸収剤67内への流入排気ガスの空燃比をリッチに切り換えるために燃料添加弁28から要求燃料添加量Qだけ燃料が添加される。この要求燃料添加量Qは例えば吸入空気量Ga及びNOx吸収剤67の温度Tcの関数として図7に示されるようなマップの形で予めROM32内に記憶されている。
図5からもわかるように本発明による実施例では、要求燃料添加量Qが複数回に分割して添加される。図8に示される例では、期間tDIVの分割添加がインターバルtINTを隔てて4回行われる。ここで、分割添加回数をn(=2,3,…)で表すと、最初の分割添加開始から最後の分割添加完了までの総添加期間tALLは次式で表される。
tALL=n・tDIV+(n−1)・tINT
この場合、総添加期間tALLが変化すると、燃料添加量を一定に維持していても、NOx吸収剤67のNOx浄化率EFFが変化することが本願発明者らにより確認されている。このことを図9を参照しながら説明する。ここで、先のNOx放出還元のための燃料添加が完了してから次のNOx放出還元のための燃料添加が完了するまでの期間においてNOx吸収剤67内に流入したNOx量をNin、NOx吸収剤67から流出したNOx量をNoutで表すと、NOx浄化率EFFは例えば(Nin−Nout)/Ninで表すことができる。
図9は燃料添加量を一定に保持しつつ総添加期間tALLを変化させたときのNOx吸収剤67のNOx浄化率EFFを示している。なお、例えば分割添加期間tDIV及び分割回数nを維持しつつインターバルtINTを変更することにより、燃料添加量を一定に維持しつつ総添加期間tALLを変更することができる。
図9に示されるように総添加期間tALLにはNOx浄化率EFFを最大にする最適値tAMが存在しており、総添加期間tALLが最適値tAMよりも短くなるにつれて又は長くなるにつれてNOx浄化率EFFが低下する。これは、総添加期間tALLが短くなるとNOx吸収剤67内への流入排気ガスの空燃比がリッチに保持されている期間が短くなり、総添加期間tALLが長くなるとNOx吸収剤67内への流入排気ガスの空燃比のリッチ度合いが小さくなるからであると考えられる。
ところで、冒頭で述べたように燃料添加弁28の噴口が主として固体炭素からなるデポジットにより目詰まりすると、燃料添加弁28の単位時間当たりの燃料添加量すなわち燃料添加率qが、燃料添加弁28に目詰まりが生じていないときの値すなわち正規値qpから低下する。この場合、分割添加期間tDIVを延長補正すれば燃料添加弁28から実際に添加される燃料量を要求燃料添加量Qに維持することができる。その上で、インターバルtINTを短縮補正して総添加期間tALLを、燃料添加率qが正規値qpであるときの最適値tAMpに短縮補正すれば、NOx浄化率EFFを最大に維持できるかに見える。
ところが、燃料添加率qが正規値qpから低下したときには総添加期間tALLを上述のtAMpに短縮補正してもNOx浄化率EFFを最大に維持することができず、総添加期間tALLを更に短縮補正する必要があることを本願発明者らは見出したのである。このことを図10を参照しながら説明する。
図10において曲線Pは燃料添加率qが正規値qpであるときのNOx浄化率EFFを示しており、曲線Cは燃料添加率qが正規値qpから低下したときのNOx浄化率EFFを示している。なお、いずれも燃料添加弁28から実際に添加される燃料量は要求燃料添加量Qに維持されている。
図10からわかるように燃料添加率qが正規値qpから低下すると、曲線Cで表されるNOx浄化率EFFは総添加期間tALLが短くなる方向にシフトし、NOx浄化率EFFを最大にする総添加期間tALLの最適値tAMcは燃料添加率qが正規値qpのときの最適値tAMpよりも短くなる。これは次の理由によるものと考えられる。すなわち、燃料添加率qが低下すると添加燃料の貫徹力が低下するために排気通路内壁面上に付着する添加燃料が増大する。いったん排気通路内壁面上に付着した添加燃料はその後蒸発して排気通路内壁面から離脱し、次いでNOx吸収剤67に到達する。このため、添加燃料が排気通路内壁面から徐々に離脱してNOx吸収剤67に到達し、その結果NOx吸収剤67への流入排気ガスの空燃比のリッチ度合いが小さくなる。
とすれば、リッチ度合いを十分に大きくするためには燃料を短時間のうちに要求燃料添加量Qだけ添加する必要があり、すなわち総添加期間tALLを更に短縮補正する必要があるということになる。
この場合、燃料添加率qが正規値qpから低下したときの総添加期間tALLの最適値tAMは、図11に示されるように燃料添加率qの正規値qpからの低下量Δq(=qp−q)が大きくなるほど短くなり、あるいは図12に示されるように燃料添加率qそれ自体が小さくなるにつれて短くなる。
そこで本発明による実施例では、燃料添加率q又はその低下量Δqを検出し、この燃料添加率q又はその低下量Δqに応じて総添加期間の最適値tAMを算出し、総添加期間tALLをこの最適値tAMに設定するようにしている。その上で、この総添加期間tALL内に実際に添加される燃料量が要求燃料添加量Qに一致するように、検出された燃料添加率q又はその低下量Δqに応じ分割添加期間tDIVと、インターバルtINT又は分割回数nが補正される。
例えば、燃料添加率qが正規値qpのときに要求燃料添加量Qを添加するのに必要な添加期間はほぼ(Q/qp)であるから、燃料添加率qが正規値qpのときの分割添加期間tDIVpは次式から求めることができる。
tDIVp=(Q/qp)/n
そうすると、燃料添加率qのときに要求燃料添加量Qを添加するのに必要な分割添加期間tDIVは次式から求めることができる。
tDIV=tDIVp・(qp/q)
したがって、総添加期間tALL内に分割添加期間tDIVの分割添加をn回行うために必要なインターバルtINTは次式から求めることができる。
tINT=(tALL−n・tDIV)/(n−1)
燃料添加率q又はその低下量Δqを検出するには種々の方法が知られている。例えば、燃料添加弁28から実際に燃料添加を行ったときに生ずる、NOx吸収剤温度Tcの上昇幅に応じて燃料添加率q又はその低下量Δqを検出することができる。すなわち、燃料添加時に温度センサ26(図1)により検出されたNOx吸収剤温度Tcの上昇幅が大きいときには燃料添加率qが大きく、温度上昇幅が小さいときには燃料添加率qが小さいことがわかる。
本発明による実施例では、NOx吸収剤67からNOxを放出し還元すべく燃料添加弁28からの燃料添加が行われたときにNOx吸収剤温度Tcに基づいて燃料添加率q又はその添加量Δqが検出され、この燃料添加率q又はその添加量Δqに基づいて図11又は図12のマップから総添加期間tALLの最適値tAMが算出される。次に行われるNOx放出還元のための燃料添加では、総添加期間tALLがこの最適値tAMに設定され、要求燃料添加量Qが算出され、総添加期間tALL内に実際に添加される燃料量を要求燃料添加量Qに一致させる分割添加期間tDIV及びインターバルtINTが燃料添加率q又はその低下量Δqを用いて算出される。
図13A及び13Bは燃料添加率qが正規値qpから低下したときに行われる燃料添加の一例を示している。図13Aに示される例では、図13Cに示される燃料添加率qが正規値qpの場合と比較して、総添加期間tALLが短縮補正され、分割添加期間tDIVが延長補正され、インターバルtINTが短縮補正され、分割添加回数nは維持されている。一方、図13Bに示される例では、図13Cに示される場合と比較して、総添加期間tALLが短縮補正され、分割添加期間tDIVが延長補正され、分割添加回数nが減少され、インターバルtINTも短縮補正されている。
図14にNOx放出制御ルーチンを示す。
図14を参照するとまず初めにステップ100ではNOx吸収剤67に吸収されているNOx量ΣNOxが算出される。本発明による実施例では、図6に示すマップから単位時間当り吸収されるNOx量dNOxが算出され、このdNOxがNOx吸収剤67に吸収されているNOx量ΣNOxに加算される。次いでステップ101では吸収NOx量ΣNOXが許容値MAXを越えたか否かが判別され、ΣNOX>MAXとなったときにはステップ102に進んで要求燃料添加量Qが図7のマップから算出される。続くステップ103では燃料添加パラメータが算出される。すなわち、前回の処理サイクルのステップ107で予め設定されている総添加期間tALL内においてステップ102で算出された要求燃料添加量Qだけ添加するのに必要な分割添加期間tDIV、インターバルtINT、及び分割添加回数nが、前回の処理サイクルのステップ106で検出された燃料添加率q又はその低下量Δqを用いて算出される。続くステップ104ではステップ103で決定された燃料添加パラメータに基づいて燃料添加が行われる。続くステップ105では吸収NOx量ΣNOxがゼロに戻される。続くステップ106では燃料添加率q又はその低下量Δqが検出される。続くステップ107ではステップ106で検出された燃料添加率q又はその低下量Δqに基づいて図11又は図12のマップから総添加期間最適値tAMが算出され、この最適値tAMが次回の燃料添加のための総添加期間tALLに設定される。
なお、検出された燃料添加率qがしきい値よりも大きいとき又はその低下量Δqがしきい値よりも小さいときには総添加期間tALL、分割添加期間tDIV、インターバルtINT、又は分割添加回数nの補正を行わず、燃料添加率qがしきい値よりも小さくなったとき又はその低下量Δqがしきい値よりも大きくなったときに総添加期間tALL等の補正を行うようにしてもよい。
図15は本発明による別の実施例を示している。図15に示される実施例は、NOx吸収剤67から流出する排気ガス中のNOx量又はNOx濃度を検出するためのNOxセンサ80が排気管23に取り付けられている点、及び燃料添加弁28の故障を知らせる警報装置81が設けられている点で図1の実施例と構成を異にしている。NOxセンサ80の出力信号は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力され、警報装置81は対応する駆動装置38を介して出力ポート36に接続され、電子制御ユニット30からの出力信号に基づいて制御される。
上述したように、燃料添加弁28の燃料添加率qが低下したときに総添加期間tALLが一定に保持されていると、NOx吸収剤67のNOx浄化率EFFが低下する。そこで本発明による別の実施例では、NOxセンサ80の出力に基づきNOx吸収剤67のNOx浄化率EFFを検出し、このNOx浄化率EFFが最大に維持されるように総添加期間tALLを補正するようにしている。
すなわち、デポジットによる燃料添加弁28の目詰まりは時間の経過と共に進行し、したがって燃料添加率qは時間の経過と共に小さくなり、燃料添加率低下量Δqは時間の経過と共に大きくなる。一方、図9又は図10を参照して説明したように、燃料添加率qが低下したときには総添加期間tALLを短縮補正すればNOx浄化率EFFを大きくすることができる。そこで、本発明による別の実施例では、NOx放出還元のための燃料添加が行われる毎に総添加期間tALLを短縮するようにしている。
ところが図9からわかるように、総添加期間tALLが最適値tAMよりも短くなると、総添加期間tALLが短くなるほどNOx浄化率EFFが低下する。そこで本発明による別の実施例では、総添加期間tALLを短縮補正した結果NOx浄化率EFFが上昇する限り総添加期間tALLを短縮補正し、総添加期間tALLを短縮補正した結果NOx浄化率EFFが低下したときには総添加期間tALLを延長補正するようにしている。このようにすると総添加期間tALLを最適値tAMに維持することができ、NOx浄化率EFFを最大に維持することができる。
図16においてXはNOx放出及び還元のための燃料添加が行われるタイミングを示している。図16に示されるように、総添加期間tALLが例えば小さな一定値ΔYだけ短縮補正され、その結果NOx浄化率EFFが上昇したときには総添加期間tALLが更にΔYだけ短縮補正される。これに対し、総添加期間tALLを短縮補正した結果NOx浄化率EFFが低下したときには総添加期間tALLがΔYだけ延長され、すなわち元の値に戻される。このようにしてNOx浄化率EFFが最大に維持される。
例えば燃料添加弁28の目詰まりがひどくなって燃料添加率qがかなり小さくなると、総添加期間tALLを短縮補正してもNOx浄化率EFFを最大に維持できなくなり、前回のNOx浄化率EFF0よりも低下するおそれもある。そこで総添加期間tALLを短縮補正した結果のNOx浄化率EFFの、前回のNOx浄化率EFF0に対する低下量(=EFF0−EFF)が許容値よりも大きいときには燃料添加弁28が故障していると判断し、警報装置81を作動させるようにしている。なお、総添加期間tALLを短縮補正した結果のNOx浄化率EFFが許容下限よりも低いときに燃料添加弁28が故障していると判断することもできる。
図17に本発明による別の実施例のNOx放出制御ルーチンを示す。
図17を参照するとまず初めにステップ200ではNOx吸収剤67に吸収されているNOx量ΣNOxが算出される。次いでステップ201では吸収NOx量ΣNOXが許容値MAXを越えたか否かが判別され、ΣNOX>MAXとなったときにはステップ202に進んで要求燃料添加量Qが図7のマップから算出される。続くステップ203では燃料添加パラメータが算出される。すなわち、前回の処理サイクルのステップ209又はステップ212で予め設定されている総添加期間tALL内においてステップ202で算出された要求燃料添加量Qだけ添加するのに必要な分割添加期間tDIV、インターバルtINT、及び分割添加回数nが、前回の処理サイクルのステップ206で検出された燃料添加率q又はその低下量Δqを用いて算出される。続くステップ204ではステップ203で決定された燃料添加パラメータに基づいて燃料添加が行われる。続くステップ205では吸収NOx量ΣNOxがゼロに戻される。続くステップ206では燃料添加率q又はその低下量Δqが検出される。続くステップ207ではNOx吸収剤67のNOx浄化率EFFが検出される。続くステップ208ではステップ207で検出された今回のNOx浄化率EFFが前回のNOx浄化率EFF0よりも高いか否かが判別される。EFF>EFF0のときには次いでステップ209に進み、総添加期間tALLが一定値ΔYだけ短縮される。次いでステップ210に進み、今回のNOx浄化率EFFがEFF0とされる。これに対し、EFF≦EFF0のときにはステップ208からステップ211に進み、前回のNOx浄化率EFF0に対する今回のNOx浄化率EFFの低下量(=EFF0−EFF)が許容値LMTよりも大きいか否かが判別される。EFF0−EFF≦LMTのときには次いでステップ212に進み、総添加期間tALLが一定値ΔYだけ延長される。次いでステップ210に進む。これに対し、EFF0−EFF>LMTのときには次いでステップ213に進み、警報装置82が作動される。
図18は本発明による更に別の実施例を示している。図18に示される実施例は、NOx吸収剤67から流出する排気ガス中のHC量又はHC濃度を検出するためのHCセンサ82が排気管23に取り付けられている点で図15の実施例と構成を異にしている。HCセンサ82の出力信号は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。
図19は燃料添加量を一定に保持しつつ総添加期間tALLを変化させたときの、燃料添加が行われたときにNOx吸収剤67から排出されるHC量QHCを示しており、図19において曲線Pは燃料添加率qが正規値qpであるときの排出HC量QHCを、曲線Cは燃料添加率qが正規値qpから低下したときの排出HC量QHCをそれぞれ示している。
図19の例えば曲線Pについてみると、総添加期間tALLが短くなるにつれて排出HC量QHCが多くなり、総添加期間tALLが長くなるにつれて排出HC量QHCが少なくなる。一方、燃料添加率qが正規値qpから低下すると、曲線Cで表されるNOx浄化率EFFは総添加期間tALLが短くなる方向にシフトする。これは上述したように、燃料添加率qが低下するとNOx吸収剤67内への流入排気ガスの空燃比のリッチ度合いが小さくなるからである。
とすれば、燃料添加が行われたときの排出HC量QHCが少ないときには、流入排気ガスの空燃比のリッチ度合いが小さくなっており、燃料添加率qが低下しているということがわかる。
そこで本発明による更に別の実施例では、燃料添加が行われたときの排出HC量QHCをHCセンサ82により検出し、この排出HC量QHCが目標値QHCtに一致するように総添加期間tALLを補正するようにしている。すなわち、図19に示される例では総添加期間tALLがtAMppからtAMccまで短縮補正される。その結果、NOx吸収剤67から多量のHCが排出されるのを阻止しつつ流入排気ガスの空燃比のリッチ度合いを高く維持することができ、NOxを良好に放出還元することができる。
図20においてXはNOx放出及び還元のための燃料添加が行われるタイミングを示している。図20に示されるように、排出HC量QHCが目標値QHCtよりも少ないときには総添加期間tALLが例えば小さな一定値ΔZだけ短縮補正される。これに対し、総添加期間tALLが目標値QHCtよりも多くなると総添加期間tALLがΔZだけ延長され、すなわち元の値に戻される。このようにして排出HC量QHCが目標値QHCtに維持される。
この場合、NOx浄化率EFFを最大にする排出HC量を目標値QHCtに設定しておけばNOx浄化率EFFを最大に維持できることになる。
図21に本発明による更に別の実施例のNOx放出制御ルーチンを示す。
図21を参照するとまず初めにステップ300ではNOx吸収剤67に吸収されているNOx量ΣNOxが算出される。次いでステップ301では吸収NOx量ΣNOXが許容値MAXを越えたか否かが判別され、ΣNOX>MAXとなったときにはステップ302に進んで要求燃料添加量Qが図7のマップから算出される。続くステップ303では燃料添加パラメータが算出される。すなわち、前回の処理サイクルのステップ309又はステップ310で予め設定されている総添加期間tALL内においてステップ302で算出された要求燃料添加量Qだけ添加するのに必要な分割添加期間tDIV、インターバルtINT、及び分割添加回数nが、前回の処理サイクルのステップ306で検出された燃料添加率q又はその低下量Δqを用いて算出される。続くステップ304ではステップ303で決定された燃料添加パラメータに基づいて燃料添加が行われる。続くステップ305では吸収NOx量ΣNOxがゼロに戻される。続くステップ306では燃料添加率q又はその低下量Δqが検出される。続くステップ307ではNOx吸収剤67からの排出HC量QHCが検出される。続くステップ308ではステップ307で検出された排出HC量QHCが目標値QHCtよりも少ないか否かが判別される。QHC<QHCtのときには次いでステップ309に進み、総添加期間tALLが一定値ΔZだけ短縮される。これに対し、QHC≧QHCtのときにはステップ308からステップ310に進み、総添加期間tALLが一定値ΔZだけ延長される。
なお、総添加期間tALLを短縮補正したときの排出HC量QHCが前回の燃料添加時の排出HC量QHC0に比べて低下し、このときの低下量(=QHC0−QHC)が許容値よりも大きいときには燃料添加弁28が故障していると判断し、警報装置81を作動させるようにしてもよい。あるいは、総添加期間tALLを短縮補正したときの排出HC量QHCが許容下限よりも少ないときに燃料添加弁28が故障していると判断することもできる。
Claims (6)
- 機関排気通路内に配置されたNOx吸収剤であって、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のNOxを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているNOxを放出するNOx吸収剤と、
該NOx吸収剤上流の機関排気通路内に配置された燃料添加弁と、
NOx吸収剤からNOxを放出させるべきときに燃料添加弁からNOx吸収剤に燃料を要求燃料添加量だけ添加してNOx吸収剤内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにする添加制御手段であって、該要求燃料添加量の燃料を複数回に分割して添加する分割添加を行う添加制御手段と、
燃料添加弁の燃料添加率又は燃料添加率の正規値に対する変動量を検出する検出手段と、
最初の分割添加開始から最後の分割添加完了までの総添加期間を短縮補正すると共に、燃料添加弁から実際に添加される燃料量が要求燃料添加量に維持されるように該検出された燃料添加率又は燃料添加率の変動量に応じて分割添加の制御パラメータを補正する補正手段と、
を具備した内燃機関の排気浄化装置。 - 前記分割添加の制御パラメータが、分割添加期間と、先の分割添加から次の分割添加までのインターバル又は分割添加回数とである請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記補正手段は、前記燃料添加率が小さくなるほど又は前記燃料添加率の低下量が大きくなるほど短くなるように総添加期間を補正する請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- NOx吸収剤のNOx浄化率を検出するNOx浄化率検出手段をさらに具備し、前記補正手段は、該検出されたNOx浄化率が目標値に一致するように総添加期間を短縮補正又は延長補正する請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 燃料添加が行われたときにNOx吸収剤から流出する排気ガス中のHC量を検出するHC量検出手段をさらに具備し、前記補正手段は、該検出されたHC量が目標量に一致するように総添加期間を短縮補正又は延長補正する請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- NOx吸収剤のNOx浄化率を検出するNOx浄化率検出手段と、総添加期間を短縮補正しかつ分割添加の制御パラメータを補正しても該検出されたNOx浄化率の低下量が許容値よりも大きいとき又は該検出されたNOx浄化率が許容下限よりも低いときには燃料添加弁が故障であると判断する判断手段とをさらに具備した請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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